焦士兴 陈林芳 王安周

摘 要：基于水资源压力指数，结合扩展的Kaya恒等式、LMDI分解模型，划分了中原城市群的类型，分析了水资源生态足迹的驱动效应。结果表明：①依据水资源压力指数平均值，濮阳等3个城市属于不可持续发展区，聊城等6个城市属于可持续发展较差区，菏泽等3个城市属于可持续发展一般区，商丘等11个城市属于可持续发展良好区，亳州等6个城市属于可持续发展优异区;②在中原城市群的水资源生态足迹驱动效应中，经济活度效应、资本深化效应呈正向驱动，是水资源问题的诱发因素，而资本效率效应、足迹强度效应呈负向驱动，能够有效缓解水资源问题;③经济发展水平较高、经济规模较大的城市，较多的劳动力、资本投入的剧增都能造成水资源问题，资本利用效率较高、用水效率较高的城市，有效缓解水资源问题的能力相对较强。

关键词：水资源压力指数;扩展的Kaya恒等式;LMDI分解模型;驱动效应;中原城市群

中图分类号：TV213.4 文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.05.012

Abstract： Based on the water pressure index， combined with expanded Kaya identity and LMDI decomposition model， the types of Central Plain city groups were divided and the driving effect of the ecological footprint of water resources was analyzed. The results show that： a） According to the average of the water resources pressure index， three cities such as Puyang City belong to the unsustainable development area， 6 cities such as Liaocheng City belong to the poor sustainable development area， and 3 cities such as Heze City belong to the general sustainable development area. Shangqiu City and other 11 cities belong to the good area of sustainable development， 6 cities such as Bozhou City belong to the excellent area of sustainable development. b） In the effect of the ecological footprint of water resources in the Central Plain urban agglomeration， the economic activity effect and capital deepening effect are positive driving factors of water resources problem， while the capital efficiency effect and footprint intensity effect are negative driving factors， which can effectively alleviate the water resources problem. c） Cities with higher level of economic development and large-scale economy， more labor force and capital investment can cause water resources problems， and cities with higher capital utilization efficiency and higher water efficiency have relatively strong ability to effectively alleviate water resources problems.

Key words： water pressure index; expanded Kaya identity; LMDI decomposition model; driving effect; Central Plain urban agglomeration

水是人類生存和发展的基础，其经济和战略意义重大。近年来，随着人口的增长和社会经济的发展，水资源压力日益增大，水资源可持续利用已成为社会各界关注的焦点。1992年，加拿大经济学家Rees[1]首次提出了生态足迹概念，在加拿大学者Wackernagel[2]将其完善的基础上，2002年荷兰学者Hoekstra[3]提出了水足迹理论，此后国外围绕水足迹开展了诸多研究。2000年，徐中民等[4]把生态足迹理论引入中国，经国内学者研究，派生出水资源生态足迹概念，用来反映区域人类社会经济活动造成的水资源压力[5]。

近年来，围绕水资源生态足迹进行的研究逐步增多，主要包括水资源生态足迹模型[6-7]、区域水资源生态足迹[8-9]、流域水资源生态足迹[10-11]等方面。当前，对水资源生态足迹的研究虽多，但大都局限于单个区域，对区域集群的研究则相对较少。中原城市群地处中原腹地，涵盖5省30市，人口密集，其协调发展受水资源短缺严重制约[12]。因此，通过测算并比较中原城市群各市水资源的消费量与承载力，进一步明确城市水资源压力状况以及驱动要素，对促进区域资源利用和经济协调发展、实现中部崛起具有重要的现实意义。基于此，笔者研究了中原城市群水资源生态足迹的时空差异及其驱动效应，以期为水资源可持续利用提供科学决策依据。

1 数据来源和研究方法

1.1 数据来源

本研究所用到的数据包括区域总用水量、固定资产投资、固定资本形成总额、GDP指数、从业人员和生产总值。中原城市群各市总用水量来自各省水资源公报（2005—2016年）;各市固定资产投资、固定资本形成总额、GDP指数、从业人员、生产总值来源于各省市统计年鉴（2006—2017年）;部分地市固定资产投资源自《中国城市统计年鉴》（2006—2017年）;部分总用水量数据来自各市水利厅和统计局;河北省邢台市缺失相关统计数据，未进行计算分析。

1.2 研究方法

1.2.1 水资源压力指数

水资源生态足迹是指在一定的经济及物质生活条件下，生产出一定人群消费的产品和服务所需的水资源量，反映了一定区域内人类在生产、生活中对水资源的消费情况[13]。

1.2.2 拓展的Kaya恒等式

式中：Pm为统计年从业人数;CS为资本存量;G为生产总值;f为经济活度成分，用来衡量经济活动人口对水生态足迹的驱动，f=Pm;d为资本深化成分，用来衡量资本投入对水生态足迹的驱动，d=CS/Pm;o为资本效率成分，用来衡量资本利用效率对水生态足迹的驱动[16]，o=G/CS;w为足迹强度成分，用来衡量水生态足迹对社会产出的驱动[17]，w=EFw/G。

资本存量估算多采用简化的永续盘存法。假设资本效率采取几何递减模式，则t+1年资本存量为t年资本存量乘以（1-δit）+（t+1）年的固定资产总投资[18]，其中：δit为i市第t年的资本存量折旧率，t年资本存量为t+1年的固定资本形成总额除以（t年的GDP增长率加上t年的资本存量折旧率）（2005—2009年折旧率为9.6%[18]，2010—2016年折旧率为10.96%[16]）。

1.2.3 LMDI分解法

LMDI分解法由拉氏分解法演化而来[19]，分为加和分解与乘积分解[20]，能对环境污染的驱动成分进行彻底、无残差剖析。依据LMDI基本理论，从起始年份至t年水生态足迹变化差值为总效应，比照式（4），将水生态足迹驱动效应加和分解[16]为

2 结果与分析

2.1 水资源生态足迹的时空差异分析

根據中原城市群2005—2016年统计数据，运用式（1）～式（3）计算各市水资源生态足迹、水资源承载力、水资源压力指数。依据2005—2016年各市水资源压力指数平均值，进行城市类型划分，同时结合年度差异进行分析。

不可持续发展区：包括濮阳、郑州和邯郸3个城市（见图1），水资源压力指数偏大且均值大于1，表明社会经济发展对当地水资源压力较大且日趋严峻。濮阳水压力指数最大且呈现明显的波动趋势，表明濮阳水资源问题最为严重且具有不可预测性。郑州水压力指数波动相对较小，且近年来呈下降趋势，表明水资源压力尽管较大但有所转好;邯郸的水压力指数近年来居高不下，表明邯郸水资源问题较为严重且有加重趋势。

可持续发展较差区：包括聊城、焦作、鹤壁、开封、安阳和新乡6个城市（见图2），水资源压力指数平均值介于0.75和1之间，表明当地对水资源的需求不断增长，水资源已经不能满足经济发展的需求。聊城的水资源压力指数均值最大且波动最大，表明聊城市的水资源问题最为突出，其次是焦作、鹤壁和开封，再次是安阳和新乡。总的看来，不同城市水资源压力指数有所不同，且均呈波动状态和缺乏规律性，说明必须加大水资源管理力度和合理用水，才能确保水资源支撑区域的经济发展。

可持续发展一般区：包括菏泽、运城和许昌3个城市（见图3），水资源压力指数平均值介于0.50和0.75之间，表明区域对水资源的需求不断增长，水资源与经济发展之间的平衡处于临界状态。运城的水资源压力指数最大（2012年高达1.1），其次是菏泽，再次是许昌。从波动演变趋势看，各市2005—2010年变化幅度小、2011—2016年变化幅度大。尽管各市水资源供需总体平衡，但具有不稳定性，需要加大管理力度且确保合理用水。

可持续发展良好区：包括商丘、漯河、周口、平顶山、济源、洛阳、蚌埠、淮北、阜阳、南阳和长治11个城市（见图4），水资源压力指数平均值介于0.25和0.50之间，表明水资源的需求小于供应，水资源能够承载区域社会经济发展的需求。各市不同年份之间水资源压力指数波动性较大，如平顶山2013年最高为0.70、2010年最低为0.15，说明各市要重视水资源问题，确保水资源持续良性发展。

可持续发展优异区：包括信阳、三门峡、驻马店、晋城、宿州、亳州6个城市（见图5），水资源压力指数平均值介于0和0.25之间，水资源压力指数最小，表明水资源的供应能够完全满足需求，区域水资源相对安全。各市水资源压力指数呈现波动状态，规律性不明显，只要保持目前的用水水平，水资源能够持续满足区域社会经济发展的要求。

2.2 水资源生态足迹驱动效应剖析

结合扩展的Kaya恒等式与LMDI分解法，测算中原城市群2005—2016年经济活度效应、资本深化效应、资本效率效应和足迹强度效应平均值，结果见表1。

运用SPSS17.0，采用系统聚类中的Ward方法，结合驱动效应等级划分标准，将各市分为强、中、弱3个等级（见表2）。

中原城市群水资源生态足迹驱动效应总体状况为经济活度效应、资本深化效应呈正向驱动，资本效率效应、足迹强度效应呈负向驱动，各驱动效应对区域水资源的作用方向存在差异。表1表明：各市经济活度效应和资本深化效应均呈正向驱动，促进了水资源生态足迹的增长，是水资源问题的诱发因素;经济活度效应的驱动力远远低于资本深化效应，表明经济规模的扩张对水资源造成的压力明显大于就业人口增多带来的压力;资本效率效应呈负向驱动，对水资源生态足迹的增长起抑制作用，说明资本利用效率的提高能有效缓解水资源危机;足迹强度效应呈负向驱动，反映了社会进步、科技发展促进了用水效率的提高，改善了区域的水资源问题。

（1）经济活度效应。郑州等经济发展水平较高的城市，劳动力数量多且增速较快，造成的水资源问题相对突出，其次是洛阳等，再次是漯河等。由表1、表2可知：强驱动区域有郑州、邯郸2个城市，中驱動区域有洛阳、南阳、新乡、焦作、濮阳、商丘、信阳、阜阳、蚌埠、菏泽、聊城11个城市，弱驱动区域有漯河、开封、许昌、三门峡、平顶山、周口、驻马店、鹤壁、安阳、济源、亳州、宿州、淮北、长治、晋城、运城16个城市。经济活度效应反映了经济发展与劳动力数量及其变化有密切关系，区域经济发展的不均衡导致了劳动力的地区分配不均，劳动力的数量与用水量等有密切关系，从而造成了不同的水资源问题。

（2）资本深化效应。郑州等经济规模较大的城市，资本投入剧增造成的水资源问题相对突出，其次是平顶山等，再次是漯河等。聚类表明：强驱动区域有郑州、开封、洛阳、南阳、周口、新乡、焦作、濮阳、安阳、商丘、信阳、邯郸、蚌埠、菏泽、聊城、运城16个城市，中驱动区域有平顶山、驻马店、亳州、宿州、阜阳5个城市，弱驱动区域有漯河、许昌、三门峡、鹤壁、济源、淮北、长治、晋城8个城市。资本投入是经济发展的源动力，经济规模的扩张加剧了区域水资源问题，且资本投入对水资源的需求量远远大于劳动力增多对水资源的需求量。

（3）资本效率效应。郑州等资本利用效率较高的城市，有效缓解水资源短缺的能力相对较强，其次是漯河等，再次是南阳等。聚类表明：强驱动区域有郑州、开封、洛阳、周口、新乡、焦作、濮阳、安阳、商丘、信阳、蚌埠、菏泽、运城、阜阳14个城市，中驱动区域有漯河、许昌、三门峡、鹤壁、济源、淮北、长治、晋城、平顶山、驻马店、亳州、宿州12个城市，弱驱动区域有南阳、邯郸、聊城3个城市。资本利用效率是资源配置、经济发展、科技进步和产业结构等多因素共同作用的结果，资本利用效率的提高能够增大水资源的重复利用率、减少用水总量，从而有助于解决区域存在的水资源短缺等问题。

（4）足迹强度效应。郑州等用水效率较高的城市，不断降低的用水强度有效缓解了水资源短缺问题，其次是运城等，再次是洛阳等。聚类表明：强驱动区域有郑州、开封、新乡、濮阳、安阳、菏泽、南阳、聊城8个城市，中驱动区域有运城、漯河、许昌、三门峡、鹤壁、济源、淮北、长治、晋城、平顶山、亳州、宿州12个城市，弱驱动区域有洛阳、周口、焦作、商丘、信阳、蚌埠、阜阳、邯郸、驻马店9个城市。足迹强度效应反映区域的用水效率，足迹强度效应有减量效应特点，表明经济发展带动用水强度逐步降低和用水效率提高，可改善区域水资源问题。

3 结 语

（1）依据水资源压力指数平均值，把中原城市群分为不可持续发展区（濮阳等3个城市）、可持续发展较差区（聊城等6个城市）、可持续发展一般区（菏泽等3个城市）、可持续发展良好区（商丘等11个城市）和可持续发展优异区（亳州等6个城市）。

（2）在水资源生态足迹驱动效应中，经济活度效应、资本深化效应呈正向驱动，可促进水资源生态足迹的增长，是水资源问题的诱发因素;而资本效率效应、足迹强度效应呈负向驱动，可抑制水资源生态足迹的增长，能够有效改善区域的水资源问题。

（3）从经济活度效应来看，郑州等经济发展水平较高的城市，劳动力增多造成的水资源问题相对突出，其次是洛阳等，再次是漯河等。从资本深化效应来看，郑州等经济规模较大的城市，资本投入剧增造成的水资源问题相对突出，其次是平顶山等，再次是漯河等。从资本效率效应来看，郑州等资本利用效率较高的城市，有效缓解水资源短缺的能力相对较强，其次是漯河等，再次是南阳等。从足迹强度效应来看，郑州等用水效率较高的城市，不断降低的用水强度有效缓解了水资源短缺问题，其次是运城等，再次是洛阳等。

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【责任编辑 张华兴】